Behoudswetten
Behoudswetten
Behoudswetten toetst of je een systeem kunt afbakenen en voor en na een proces energie, impuls, impulsmoment en lading kunt vergelijken. Je moet kunnen kiezen tussen energiebehoud en impulsbehoud, en kunnen onderbouwen waarom een grootheid wel of niet behouden blijft.
Kernregels
- Energie behouden: E_kin + E_pot + E_veer + Q = constant, waarbij Q warmte en vervormingsarbeid omvat.
- Impuls p = mv is een vector; bij een geïsoleerd systeem geldt Σp_voor = Σp_na, apart voor elke richting.
- Bij een volkomen onelastische botsing blijft impuls behouden, maar gaat kinetische energie verloren aan vervorming en warmte.
- Massa-energie: E = mc²; bij kernprocessen hoort bij een massaverschil een energie-effect.
Uitgewerkt voorbeeld
Een kogel (m = 0,010 kg) met v = 300 m/s dringt in een hangend blok (M = 2,0 kg) en blijft erin. Daarna zwaait het geheel omhoog.
Stap 1: de botsing is onelastisch; impulsbehoud in horizontale richting: 0,010 × 300 = 2,010 × v_na, dus v_na = 3,0/2,010 = 1,49 m/s.
Stap 2: na de botsing is energie behouden: ½ × 2,010 × 1,49² = 2,010 × 9,81 × h, dus h = v²/(2g) = 2,23/19,62 = 0,114 m.
Stap 3: gebruik energiebehoud dus niet tijdens de botsing zelf; daar gaat kinetische energie naar warmte en vervorming.
Valkuilen
- Energiebehoud toepassen op een onelastische botsing en zo een te hoge snelheid vinden.
- De richting van impuls negeren en snelheden zonder teken optellen.
- De veerenergie of wrijvingsarbeid vergeten in de energiebalans.
- Een schijnkracht als middelpuntzoekende kracht invoeren in plaats van de nettokracht.